Praktyczne wykorzystanie dronów w fotogrametrii

W ostatnich latach obserwujemy popularyzację nowoczesnych technologii pomiarowych. Specjalistyczne rozwiązania związane z pozyskiwaniem przestrzennych informacji o otoczeniu, znane jeszcze do niedawna wąskiemu gronu ekspertów, stają się coraz bardziej dostępne. Przyczynia się do tego znaczny wzrost informatyzacji oraz automatyzacji czynności pomiarowych, co z kolei przekłada się na większą dostępność takich rozwiązań dla potencjalnych użytkowników. Na szczególną uwagę zasługują tutaj produkty fotogrametryczne, pozwalające w szybki, dokładny i bezinwazyjny sposób pozyskać informacje o wybranym obiekcie. Jak to się jednak dzieje, że w oparciu o zdjęcia jesteśmy w stanie wykonywać (precyzyjne!) pomiary i gdzie to znajduje zastosowanie w praktyce?

Czym jest fotogrametria?

Słowo fotogrametria pochodzi z trzech greckich słów, znaczących po przełożeniu: światło, zapis oraz pomiar, precyzyjnie ujmując skomplikowany charakter tej dziedziny nauki. Obecnie odeszła w niepamięć obróbka fotochemiczna emulsji światłoczułych na korzyść elektronicznych matryc CCD lub CMOS wbudowanych w ogólnodostępne aparaty cyfrowe. Tym samym autor zdjęcia jest w stanie zobaczyć efekt swojej pracy praktycznie od razu po wyzwoleniu przycisku migawki, a w razie nieudanego ujęcia bądź niekorzystnej konfiguracji – powtórzyć wykonanie takiego zdjęcia. Ma to szczególne znaczenie dla osób rozpoczynających pracę z fotografią – naziemną lub powietrzną – którzy nieraz wykonują prześwietlone lub rozmazane ujęcie.

Wykorzystanie praktyczne fotogrametrii

Fotogrametria jako nauka bazująca na zdjęciach, pozwala w swoim końcowym efekcie na określenie przestrzennych relacji geometrycznych między dowolnymi szczegółami widocznymi na zdjęciach.

Oczywistym jest, że dobra jakość zdjęć wpłynie korzystnie na dokładność pomiaru. Jednak czy samo zdjęcie bez dodatkowych przekształceń jest zawsze kartometryczne? Ciężko o generalizację tego problemu bez dodatkowych dywagacji. Lepiej będzie sprecyzować pytanie w inny sposób: w jaki sposób wykonywać zdjęcia oraz co jest dodatkowo potrzebne, aby móc na nich wykonywać pomiary?

Najczęściej wykorzystywany model funkcjonalny

Jednym z powszechnie wykorzystywanych modeli funkcjonalnych w fotogrametrii jest równanie kolinearności, które orientuje wektor w przestrzeni obrazowej oraz przedmiotowej względem siebie, tworząc jeden spójny wektor wiodący. Jeśli na parze zdjęć został odfotografowany podobny fragment przestrzeni tj. zdjęcia pokrywają się w pewnym zakresie oraz skala tych zdjęć nie jest diametralnie różna (zdjęcia wykonane z podobnej odległości przedmiotowej), to oba wektory wiodące można tak zorientować aby przecinały się w konkretnym punkcie w przestrzeni dając w rezultacie współrzędne przestrzenne szukanego punktu, jak na rysunku powyżej. Zaprezentowane – uproszczone – rozwiązanie znajduje szeroki wachlarz aplikacji.

Wykorzystanie fotogrametrii w UAVO

Od dłuższego czasu obserwuje się rozwojowy trend w technologii bezzałogowych statków powietrznych (BSP). Możliwość montażu coraz bardziej zaawansowanych sensorów w postaci aparatów cyfrowych z wysokorozdzielczymi matrycami elektronicznymi, dwuczęstotliwościowych odbiorników GNSS, kamer termowizyjnych czy skanerów laserowych rozszerza możliwości kartowania terenu z powietrza o coraz to nowsze zastosowania.

Zastosowania z wykorzystaniem BSP

• Prowadzenie szczegółowych inspekcji budowlanych oraz wyliczanie ubytku bądź przyrostu mas ziemnych na budowie z wykorzystaniem bezzałogowych statków powietrznych
• Tworzenie aktualnych nakładek z ortofotomap do map do celów projektowych, które rewelacyjne dopełniają informacje nomenklatury mapy. Czyni ją bardziej czytelną dla potencjalnych odbiorców.
• Szybkość i dokładność zbierania informacji o terenie ma szczególne znaczenie dla techników kryminalistyki działających na miejscach zdarzeń, gdzie dokumentacja fotograficzna jako obiektywne źródło postrzegania rzeczywistości, potrafi ułatwić pracę biegłych sądowych. Wykonanie nalotu fotogrametrycznego dronem nad takim miejscem zdarzenia i stworzenie trójwymiarowej sceny pozwala na precyzyjne udokumentowanie relacji geometrycznych między śladami, co w efekcie może posłużyć do sprawdzenia wiarygodności zeznań świadków.
• Tworzenie przestrzennych modeli z wykorzystaniem zdjęć z drona może również przynieść korzyści dla projektantów instalacji fotowoltaicznych, gdzie aktualność zebranych danych ma niebagatelne znaczenie podczas analiz zacienienia oraz prawidłowego rozmieszczenia modułów kolektorów – szczególnie, że odnawialne źródła energii stają się coraz bardziej pożądane.
• Warto też nadmienić, że wyposażenie bezzałogowego statku powietrznego w kamerę multispektralną pozwala na analizę stanu kondycji roślin o czym doskonale wiedzą rolnicy i leśnicy. A to wszystko za sprawą zdjęć cyfrowych oraz odpowiednio przyjętej metodyki wykonywanych czynności.